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'''物理化學'''（{{lang-en|Physical Chemistry}}），簡稱'''理化'''，是一門從[[物理學]]角度分析物質體系化學行為的原理、規律和方法的學科，可謂近代化學的原理根基。物理化學家關注於分子如何形成結構、動態變化、分子光譜原理、平衡態等根本問題，涉及的物理學有[[靜力學]]、[[動力學]]、[[量子力學]]、[[統計力學]]等。大體而言，物理化學為化學諸分支中，最講求數值精確和理論解釋的學科。化學物理學和[[物理化學]]都是物理學和化學的[[交叉學科]]，但二者还是有細微區别的。化學物理學主要是研究化學過程的特征現象和物理理論，而物理化學主要研究化學的物理本質，主要借助原子與分子物理學和[[凝聚態物理學]]中的理論方法和實驗技術，研究物理化學現象的學科。

以下是都在物理化學要研究的範圍之中：
#影響物體物理性質（包括[[塑性變形]]、[[強度]]及液體中的[[表面張力]]）的[[分子間作用力]]。
#有關[[反應速率]]的[[化學動力學]]。
#材料的導電性。
#[[细胞膜]]的[[表面科學|表面化學]]及[[電化學]]<ref>{{cite book|url=http://books.google.co.in/books?id=v1oU13xAl6AC&pg=RA1-PA134|page=134|title=Surface chemistry and electrochemistry of membranes|author=Torben Smith Sørensen|publisher=CRC Press|year=1999|isbn=0-8247-1922-0}}</ref>。
#物體和其他物體之間[[熱]]及[[功]]交換，稱為[[熱力學]]。
#化學系統和環境之間，在[[相變]]或[[化學反應]]中產生的熱交換，稱為[[熱化學]]。
#溶液中[[依數性]]的研究。
#配合[[相律]]判斷相數、成份數及自由度。
#[[電化電池]]的反應。

== 研究内容 ==
物理化学是以純物理來處理化學的問題。物理化学的主要研究内容有三个方面<ref name=中国大百科全书1992>{{cite encyclopedia |author=唐有祺 |title=物理化学 |encyclopedia=中国大百科全书·化学卷II |year=1992 |publisher=中国大百科全书出版社 |url=http://art.tze.cn/Refbook/entry.aspx?bi=m.20080410-m300-w001-101&ei=5EE15FC2740914DFF2CDE3795BE8D36C905A0808A9D639E90B1645E4072620206B20DC76E86BEA27&cult=CN&bv=1 |accessdate=2013-04-13}}</ref> ：
* 化学体系的宏观平衡性质：以[[热力学]]的三个基本定律为理论基础来研究宏观化学体系在[[气态]]、[[液态]]、[[固态]]、溶解态以及高分散状态的平衡物理化学性质及其规律性。属于这方面的分支学科有[[化学热力学]]、溶液、胶体和[[表面化学]]。
* 化学体系的微观结构和性质：以[[量子理论]]为理论基础，研究[[原子]]和[[分子]]的结构，物体的体相中原子和分子的空间结构、表面相的结构，以及结构与物性的规律性。属于这方面的分支学科有[[结构化学]]和[[量子化学]]。
* 化学体系的动态性质：研究体系中发生的化学变化过程的速率和变化机理。属于这方面的分支学科有[[化学动力学]]、催化、光化学和[[电化学]]。

化學的一個重要概念是[[化合物]]都可以表示為一群彼此[[化學鍵|鍵結]]的[[原子]]，而[[化學反應]]可以描述為化學鍵的生成及斷裂。物理化學的一個主要概念就是根據化合物的原子及其鍵結的性質來預測化合物的性質。若要準確的描述原子及鍵結，需要知道原子的[[原子半徑]]以及其電子的分佈方式<ref name=Atkins249>Atkins, Peter and Friedman, Ronald (2005). ''Molecular Quantum Mechanics'', p. 249. Oxford University Press, New York. ISBN 978-0-19-927498-7.</ref><br>。[[量子化學]]是物理化學的一個分支，主要是將[[量子力學]]應用在化學問題上，有一些工具可以確認鍵結的強度及化學鍵的形狀<ref name=Atkins249 />、原子移動的方式、及化合物的吸收光譜或發射光譜<ref>Atkins, Peter and Friedman, Ronald (2005). ''Molecular Quantum Mechanics'', p. 342. Oxford University Press, New York. ISBN 978-0-19-927498-7.</ref>。[[光譜學]]是物理化學中的一個子學科，關注物質和[[電磁輻射]]之間的交互作用。

化學中另一個重要的問題是哪些反應會自然發生，特定化合物混合後會有什麼特質？[[化學熱力學]]就是研究此方面的概念，可以回答一個反應可以以多快的速率進行、[[內燃機]]中有多少能量可以轉換為功、並且可以找到像[[熱膨脹係數]]等物理量和某一[[壓力]]下[[氣體]]或[[液體]][[熵]]變化率之間的關係<ref>Landau, L. D. and Lifshitz, E. M. (1980). ''Statistical Physics'', 3rd Ed. p. 52. Elsevier Butterworth Heinemann, New York. ISBN 978-0-7506-3372-7.</ref>。化學熱力學常用來判斷一個反應器或是引擎設計是否可行，或是確認一組實驗數值的正確性。某些情形下，[[準靜態過程]]及[[非平衡態熱力學]]也可以描述不可逆反應<ref name=Hill1>Hill, Terrell L. (1986). ''Introduction to Statistical Thermodynamics'', p. 1. Dover Publications, New York. ISBN 978-0-486-65242-9.</ref>，不過古典熱力學主要關注[[熱力學平衡|平衡]]且[[可逆过程|可逆]]的系統，而不關注一個遠離平衡點的系統以及其離開平衡的速度。

會發生哪些反應以及其反應速率是[[化學動力學]]的主題。化學動力學的一個主要概念是在[[反應物]]反應到形成[[生成物]]之間，大部份的化學反應會先變成[[过渡态]]，过渡态的[[熱力學自由能|能量]]比反應物或生成物都高，反應的速率因此受限<ref>Schmidt, Lanny D. (2005). ''The Engineering of Chemical Reactions'', 2nd Ed. p. 30. Oxford University Press, New York. ISBN 978-0-19-516925-6.</ref>。一般而言，过渡态的能量越高，反應速率越慢，化學動力學的另一個主要概念是大部份化學反應都是由一連串的[[基本反應]]組成<ref>Schmidt, Lanny D. (2005). ''The Engineering of Chemical Reactions'', 2nd Ed. p. 25, 32. Oxford University Press, New York. ISBN 978-0-19-516925-6.</ref>，每一個基本反應都有其过渡态。化學動力學的關鍵問題是反應速率和溫度、反應物[[濃度]]及使用的[[催化劑]]之間的關係，以及可以如何調整催化劑及反應條件以達到最佳的反應速率。

化學反應的速率只和反應物濃度、催化物及溫度有關，不需要知道混合物中所有粒子的位置及速率，這是[[統計力學]]中的一個特例。統計力學是物理化學中的一個主題，是描述一個有相當大數量（數量級可能會到[[阿伏伽德罗常数]]6 x 10<sup>23</sup>）粒子的系統可以用像壓力、溫度及濃度幾個參數來描述<ref name=Chandler>Chandler, David (1987). ''Introduction to Modern Statistical Mechanics'', p. 54. Oxford University Press, New York. ISBN 978-0-19-504277-1.</ref>，這是物理化學和物理重疊的部份。統計力學也提供方式可以用分子的性質來預測人們日常生活看到的許多性質，而不用參考以化學相似性為基礎的實驗關係<ref name=Hill1 />。

==历史==
在1752年，「物理化学」这个概念被俄国科学家[[米哈伊尔·瓦西里耶维奇·罗蒙诺索夫|罗蒙索诺夫]]在圣彼得堡大学的一堂课程（A Course in True Physical Chemistry）上首次提出。<ref>{{cite book|url=http://books.google.com/books?id=YoE1wsA6USQC&pg=PA388|page=388|title=Science in Russian culture|author=Alexander Vucinich|publisher=Stanford University Press|year=1963|isbn=0804707383}}</ref>在講座的序言中他提出了物理化学的定義：「物理化学是要解釋在化學反應的許多機制其實際內涵的化學。」

19世纪后期关于[[化学热力学]]，溶液的电离学说，[[化学动力学]]等方面的研究，奠定了物理化学这一学科形成和发展的基础。物理化学史上的一个里程碑事件，是1876年美国化学家[[约西亚·吉布斯]]发表的《[[论非均相物体的平衡]]》一文，其中提出了[[吉布斯能]]，[[化学势]]<ref>Josiah Willard Gibbs, 1876, "[[论非均相物体的平衡|On the Equilibrium of Heterogeneous Substances]]", ''Transactions of the Connecticut Academy of Sciences''</ref>等物理化学中的基本概念，并阐明了[[化学平衡]]、[[相平衡]]、[[表面吸附]]等现象的本质。

第一本物理化学方面的[[学术杂志]]是1887年由德国科学家[[威廉·奥斯特瓦尔德]]和荷兰科学家[[雅各布斯·亨里克斯·范托夫]]合办的德文期刊《[[国际物理化学与化学物理研究]]》（德语：''Zeitschrift für Physikalische Chemie''）。奥斯特瓦尔德和范托夫，以及瑞典化学家[[斯凡特·奥古斯特·阿伦尼乌斯|阿伦尼乌斯]]是十九世纪末二十世纪初物理化学界的领军人物。<ref>{{Cite book|last = Laidler|first = Keith|authorlink = Keith J. Laidler
| title = The World of Physical Chemistry|publisher = Oxford University Press|date = 1993| location = Oxford|pages = 48|isbn = 0198559194}}</ref> 三人在1901-1909年间均获得了[[诺贝尔化学奖]]。

在之后的几十年里，物理化学的发展主要有[[统计力学]]的应用和[[欧文·朗缪尔]]对[[胶体]]及[[表面化学]]的研究。另一个重要的发展，是20世纪30年代随着[[量子力学]]的发展而出现的[[量子化学]]、[[莱纳斯·鲍林]]在这个领域做出了突出的贡献。与此同时，实验技术也在大踏步的前进，各种光谱技术的应用，如[[红外光谱学|红外波谱]]、[[微波波谱]]、[[电子自旋共振|电子自旋共振波谱]]和[[核磁共振频谱|核磁共振波谱]]可能是20世纪最重要的一些科技成果。

物理化学进一步的发展可能归功于在二战爆发前和二战期间[[核化学]]领域的一些新发现，特别是在[[同位素]]分离方面，还有最近在天体化学上的发现，<ref>{{cite journal|author = Herbst, Eric|title = Chemistry of Star-Forming Regions|journal = Journal of Physical Chemistry A|date = May 12, 2005|volume = 109|number = 18|pages = 4017–4029}}</ref>以及对化合物理化性质的计算算法的发展（基本上包含了所有的理化性质，如：[[沸点]]、[[临界点]]、[[表面张力]]及[[蒸气压]]等20多种特性的值都可以从化学结构式计算出来，就算该分子仍然没有被合成出来）在这个领域，体现出了现代物理化学在实际应用中的重要性。

==期刊==
以下是一些以物理化学為主的[[期刊]]：
*《{{link-en|國際物理化學與化學物理研究|Zeitschrift für Physikalische Chemie}}》（1887）
*《[[物理化学期刊A]]》（1896年的名稱為《物理化学期刊》，1997年才改名）
*《{{link-en|物理化學化學物理|Physical Chemistry Chemical Physics}}》（從1999年起，前身是 Faraday Transactions，日期可以回溯1905年）
*《{{link-en|高分子化学与物理|Macromolecular Chemistry and Physics}}》（1947）
*《{{link-en|物理化学的年度回顾|Annual Review of Physical Chemistry}}》（1950）
*《{{link-en|分子物理期刊|Molecular Physics (journal)}}》（1957）
*《{{link-en|物理有機化學期刊|Journal of Physical Organic Chemistry}}》（1988）
*《{{link-en|物理化学期刊B|Journal of Physical Chemistry B}}》（1997）
*《{{link-en|ChemPhysChem|ChemPhysChem}}》（2000）
*《{{link-en|物理化学期刊C|Journal of Physical Chemistry C}}》（2007）
*《{{link-en|物理化学快报|Journal of Physical Chemistry Letters}}》（2010年<!--combined letters previously published in the separate journals-->）

包括物理及化學的歷史期刊有《{{link-en|Annales de chimie et de physique|Annales de chimie et de physique}}
》（1789年開始，在1815至1914年以此名稱發行）

== 物理化學家 ==
以下是一些物理化學家的列表：
*[[萊納斯·鮑林]]：1954年因在[[化學鍵]]方面的工作取得[[諾貝爾化學獎]]。
*[[威廉·奥斯特瓦尔德]]：1909年因其在[[催化剂]]的作用、[[化学平衡]]、[[化学反应]]速率方面的研究的突出贡献，被授予[[诺贝尔化学奖]] <ref name="nobel">{{cite web|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1909/ostwald-bio.html|title=诺贝尔官方网站关于威廉•奥斯特瓦尔德传记|accessdate=2015-03-04}}</ref>。
*[[拉斯·昂萨格]]：他因发现非平衡态热力学的一般关系，提出了倒易关系而获得1968年[[诺贝尔化学奖]]。
*[[雅各布斯·亨里克斯·范托夫]]：1901年由於「發現了溶液中的化學動力學法則和滲透壓規律以及對立體化學和化學平衡理論作出的貢獻」，成為第一位諾貝爾化學獎的獲得者。
*[[约西亚·吉布斯]]：他奠定了[[化学热力学]]的基础，提出了[[吉布斯能]]与[[吉布斯相律]]。
*[[彼得·德拜]]：1936年[[诺贝尔化学奖]]获得者。
*[[斯凡特·奥古斯特·阿伦尼乌斯]]：研究了温度对[[化学反应速率]]的影响，得出[[阿伦尼乌斯方程]]。由于在物理化学方面的杰出贡献，被授予1903年[[诺贝尔化学奖]]。
== 分支和相關學科 ==
當代物理化學包涵數個延伸學門：
{{colbegin|4}}
* [[光化學]]
* [[熱化學]]
* [[電化學]]
* [[生物化學]]
* 化學靜力學
* [[化學動力學]]
* [[表面化學]]
* [[材料科學]]
* [[量子化學]]
* [[固體化學]]
* {{link-en|物理有機化學|Physical organic chemistry}}
* [[光譜學]]
* [[雷射化學]]
* [[奈米技術]]
* [[理論化學]]
* [[計算化學]]
{{colend}}

== 参考文献 ==
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== 参见 ==
{{Portal|化學|Nuvola apps edu science.svg}}
*[[化学物理学]]
*[[逸度]]
*[[活性度]]
*[[平衡常數]]
*[[未解决的化学问题#物理化学问题|未解决的物理化学问题]]

==外部連結==
{{Commonscat|Physical chemistry|物理化学}}
{{Wikibooks}}
*[https://web.archive.org/web/20150407190353/http://www.mchmultimedia.com/store/Physical-Chemistry-ebooks.html Physical Chemistry ] (Keith J. Laidler, John H. Meiser and Bryan C. Sanctuary)
*[http://books.google.co.uk/books?id=01LRlPbH80cC The World of Physical Chemistry] (Keith J. Laidler, 1993)
*[http://books.google.co.uk/books?id=1UZjU2WfLAoC Physical Chemistry from Ostwald to Pauling] (John W. Servos, 1996)
*[http://www.amazon.com/Years-Physical-Chemistry-Royal-Society/dp/0854049878/ 100 Years of Physical Chemistry] (Royal Society of Chemistry, 2004)
*[http://www.joachimschummer.net/jslit/physchem.htm Physical Chemistry: neither Fish nor Fowl?] (Joachim Schummer, ''The Autonomy of Chemistry'', Würzburg, Königshausen & Neumann, 1998, pp.&nbsp;135–148)
*[http://www.oup.com/us/catalog/general/subject/Chemistry/?view=usa&ci=9780195321340 Cathedrals of Science] (Patrick Coffey, 2008)
*[http://books.google.co.uk/books?id=B3WvWhJTTX8C The Cambridge History of Science: The modern physical and mathematical sciences] (Mary Jo Nye, 2003)

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{{化学分支}}

{{Authority control}}
[[Category:物理化学| ]]